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Tipo: Tese
Título: Sistemas hidrológicos em transformação: impactos das mudanças antrópicas na dinâmica hidrológica da bacia hidrográfica do Rio São Francisco, Brasil
Título em inglês: Hydrological systems in transformation: impacts of anthropogenic changes on the hydrological dynamics of the São Francisco River basin, Brazil
Autor(es): Lima, Carlos Eduardo Sousa
Orientador: Silveira, Cleiton da Silva
Palavras-chave em português: Mudanças climáticas - Influência do homem;Mudanças climáticas - São Francisco, Rio, Bacia;Modelo oculto de Markov;Ciclo hidrológico;Cadeias de Markov;Sistemas dinâmicos diferenciais;Não-estacionariedade
Palavras-chave em inglês: Climatic changes - Effect of human beings on;Climatic changes - São Francisco River Basin;Hidden Markov Models;Hydrologic cycle;Markov Chain;Differentiable dynamical systems;Non-stationarity
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::RECURSOS HIDRICOS
Data do documento: 2026
Citação: LIMA, Carlos Eduardo Sousa. Sistemas hidrológicos em transformação: impactos das mudanças antrópicas na dinâmica hidrológica da bacia hidrográfica do Rio São Francisco, Brasil. 2026. 157 p. Tese (Doutorado em Engenharia Civil-Recursos Hídricos) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Resumo: No Antropoceno, a crescente influência antrópica no ciclo hidrológico das bacias hidrográficas fez com que sua disponibilidade hídrica e seu padrão de resposta a extremos climáticos – tanto de seca quanto de cheia – passassem a depender tanto de fatores naturais quanto antrópicos. Diante desse cenário, a presente tese avaliou o impacto das mudanças antrópicas na dinâmica hidrológica de bacias hidrográficas. Como estudo de caso, foram utilizadas a Bacia Hidrográfica do rio São Francisco (BHSF) e a bacia hidrográfica do rio Grande, uma importante sub-bacia da BHSF. Três diferentes abordagens foram utilizadas para essa avaliação proposta: a primeira aplicada de forma mais geral à BHSF, enquanto que a segunda e a terceira foram aplicadas, de forma mais específica, à bacia hidrográfica do rio Grande. Na primeira abordagem, aplicou-se o conceito de elasticidade climática da vazão a 10 sub-bacias da BHSF, permitindo avaliar a sensibilidade da vazão às variações climáticas, bem como decompor a variação total da vazão em componentes climáticas e antrópicas. Na segunda, uma nova metodologia para avaliação do impacto das atividades antrópicas no desenvolvimento de secas hidrológicas foi proposta: a Análise da Roleta de Seca (ARS). Na terceira, a bacia hidrográfica foi interpretada como um sistema hidrológico complexo, dotado de múltiplos estados de equilíbrio, que alterna entre esses estados em resposta a forçantes climáticas e antrópicas. Os resultados obtidos nessas abordagens permitiram concluir que as atividades antrópicas foram responsáveis por uma diminuição da disponibilidade hídrica, aumento na sensibilidade da vazão às variações do clima e uma recuperação hidrológica mais lenta após eventos de seca hidrológica, persistindo os desvios da vazão mesmo após o restabelecimento dos níveis de precipitação. Não menos importante, os resultados obtidos na terceira abordagem permitiram constatar que uma bacia hidrográfica, naturalmente, pode apresentar um regime hidrológico não estacionário marcado pela existência de múltiplos estados hidrológicos e uma relação chuva-vazão variável; as atividades antrópicas, por sua vez, modulam essa não estacionariedade, acentuando a assimetria nas transições entre esses estados. Adicionalmente, constatou-se que a incorporação da informação sobre os estados hidrológicos propiciou uma melhoria significativa no processo de modelagem hidrológica, conferindo um maior dinamismo à representação de uma relação chuva-vazão variável. Em conjunto, esses resultados apontam para um risco dinâmico à disponibilidade hídrica e de extremos hidrológicos na BHSF e, mais especificamente, na bacia hidrográfica do rio Grande. Esse risco dinâmico advém de uma não estacionariedade do regime hidrológico, a qual, apesar de poder ser originada por fatores naturais (variabilidade climática), está fortemente ligada às intervenções antrópicas induzidas a essas bacias hidrográficas. Essas intervenções, além de potencialmente gerarem essa não estacionariedade, modificam as transições entre os estados hidrológicos e os padrões de desenvolvimento de secas hidrológicas. O risco dinâmico supracitado introduz uma significativa incerteza no processo de gestão e planejamento dos recursos hídricos, quando não devidamente contemplado. A capacidade de modulação dessa não estacionariedade do regime hidrológico pelas atividades antrópicas, bem como os impactos hidrológicos evidenciados, mostram a necessidade de uma gestão integrada que contemple fatores naturais e antrópicos, bem como suas interações e efeitos compensatórios.
Abstract: In the Anthropocene, the increasing human influence on the hydrological cycle of watersheds has made their water availability and response patterns to climate extremes – both wet and dry – depend on both natural and anthropogenic factors. In this context, this thesis evaluated the impact of anthropogenic changes on the hydrological dynamics of watersheds. As a case study, the São Francisco River Watershed (BHSF) and the Grande River Basin (GRB), an important sub-basin of the BHSF, were used. Three different approaches were employed for this proposed assessment: the first applied more generally to the BHSF, while the second and third were applied more specifically to the GRB. In the first approach, the concept of climate elasticity of streamflow was applied to 10 sub-basins of the BHSF, enabling an evaluation of streamflow sensitivity to climate variations and the decomposition of total streamflow variation into climatic and anthropogenic components. In the second, a new methodology for assessing the impact of human activities on the development of hydrological droughts was proposed: the Drought Roulette Analysis (DRA). In the third, the watershed was interpreted as a complex hydrological system with multiple equilibrium states that switch between them in response to climatic and anthropogenic forcing. The results from these approaches led to the conclusion that anthropogenic activities have decreased water availability, increased the sensitivity of streamflow to climate variations, and slowed hydrological recovery after drought events, with streamflow deviations persisting even after precipitation levels are restored. Equally important, the results from the third approach showed that a watershed can naturally exhibit a non- stationary hydrological regime characterized by multiple hydrological states and a variable rainfall-runoff relationship; anthropogenic activities, in turn, modulate this non-stationarity, accentuating the asymmetry in transitions between these states. Additionally, incorporating information on hydrological states significantly improved the hydrological modeling process, providing a more dynamic representation of the variable rainfall-runoff relationship. Overall, these findings point to a dynamic risk to water availability and hydrological extremes in the BHSF, and more specifically in the Grande River watershed. This dynamic risk arises from the non-stationarity of the hydrological regime, which, although it can be caused by natural factors (climate variability), is strongly linked to human interventions induced in these watersheds. These interventions, in addition to potentially generating non-stationarity, modify transitions between hydrological states and the patterns of drought evolution. The aforementioned dynamic risk introduces significant uncertainty into the water resource management and planning process when not properly considered. The capacity of anthropogenic activities to modulate the non-stationarity of the hydrological regime, as well as the observed hydrological impacts of these activities, underscores the need for integrated management that considers both natural and human factors, along with their interactions and compensatory effects.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85408
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0003-2199-3382
Currículo Lattes do(s) Autor(es): https://lattes.cnpq.br/2133836008028187
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0003-3303-5157
Currículo Lattes do Orientador: https://lattes.cnpq.br/0186446294097309
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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